Последнее десятилетие ознаменовалось крупными успехами ядерной энергетики, которая за это время из сферы экспериментов перешла в область широкого практического использования.
В основе современной ядерной энергетики лежит цепная реакция деления, вызываемая нейтронами. Нейтрон по образному выражению является ключом к получению ядерной энер-i ии. Поэтому разработка физических основ ядерной энергетики связана в первую очередь с нейтронной физикой. В прошедшее десятилетие вместе с бурным развитием ядерной энергетики происходило интенсивное накопление экспериментальной и теоретической информации о свойствах нейтронов, а также о характере их взаимодействия с ядрами и частицами.
Результаты и основные понятия нейтронной физики стали в настоящее время достоянием не только физиков, но также инженеров и техников различных профилей, имеющих дело с получением и использованием ядерной энергии, излучений, радиоактивных изотопов, от которых в той или иной степени наряду с основной специальностью требуется знание и понимание основ нейтронной физики. Между тем, за исключением книги Н. А. Власова «Нейтроны»1 и работы Б. Фельда 2 (в книге «Экспериментальная ядерная физика», под редакцией Э. Сег-ре), изданных в 1955 г., которые подчас трудны для чтения неспециалисту, на русском языке отсутствует полное изложение основных проблем нейтронной физики3. Предлагаемая читателю книга способна отчасти восполнить этот пробел.
В книге в той или иной степени освещены основные вопросы нейтронной физики. В гл. I автор подробно описывает историю открытия нейтрона и его свойства, дает классификацию нейтронов по энергии. Гл. II посвящена описанию взаимодействия нейтрона с частицами и ядрами. Здесь же подробно характеризуются основные модели ядер и реакции, вызываемые нейтронами. В гл. III и IV рассматриваются вопросы получения и регистрации нейтронов В гл. V дана характеристика существующих методов спектрометрии нейтронов. Описанию взаимодействия нейтронов с веществом посвящена гл. VI. В книгу включены также разделы, описывающие калибровку и стандар-тизацию источников нейтронов и нейтронных потоков (ьд VII) Гл VIII («Дозиметрия и защита от нейтронов»), написанная вегвма кратко, при переводе опущена
При изложении автор уделяет особое i икание зксперимеп тальным фактам и методам, с поми >ю ксчорыч они получены В необходимых случаях привидятся элементы теории, однако тля облегчения чтения большинство ура теня и дано без вы-водов Вместе с тем для ознакомления ппагелл с применения ми математики к развитию теории, используемых в нейтрон-чой физике, некоторые из наиболее часто применяющихся уравнений и формул выведены в приложении
Лучшему усвоению материала в значительной степени с по собствуют приводимые в тексте числовые примеры и несложные шдачи к каждой главе Киша снабжена цифровыми данными, а также многочисленными рисунками и диаграммами, MHoine из которых иллюстрируют эксперименты, ставшие в настоящее время классическими В конце каждой главы приведены списки литераторы, обращение к которой поможет читателю глдбже разобраться в том или ином вопросе
При подютовке русского издания книги внесен рят. замечании, ггавным образом справочного характера, которые даны в примечаниях редактора Кроме того, обновлен некоторый цифровой материал, приведенный в виде таблиц, подвергшийся изменениям с момента выхода книги в свет Расширена такжз библиография
Можно надеяться, что предлагаемая книга будет полезна для инженеров и физиков, начинающих работу в области использования атомной энергии, и специа шстов смежных обла стеи, а также для студентов вузов.
В П КОВАЛFВ
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие редактора
Глава I. Введение
1.1. Открытие нейтрона............. **
1.2. Предварительная оценка массы нейтрона....... 7
1.3. Следствия открытия нейтрона.......... ^
1.4. Основные свойства нейтрона........... 9
1.5. Масса нейтрона.............. 9
1.6. Заряд нейтрона и электронное взаимодействие..... И
1.7. Длина волны и нейтроны........... И
1.8. Статистика нейтрона и спин........... 14
1.9. Распад нейтрона............. 14
1.10. Магнитный момент нейтрона........... 1'
1.11. Нуклоны............... J9
1.12. Классификация нейтронов по энергиям........ J9
1.13. Медленные нейтроны ............ 19
1.14. «Холодные* нейтроны..........' ... 20
1.15. Тепловые нейтроны ............. 20
1.16. Надтеляовые нейтроны............ z"
1.17. Резонансные нейтроны............ 21
1.18. Промежуточные нейтроны ...........21
1.19. Нейтроны высоких и сверхвысоких энергий.......^
.................22
Литература
Глава 11 Взаимодействие с частицами и ядрами
2.1. Взаимодействие с частицами.......... 23
2.2. Сечения................ 23
2.3. Макроскопическое сечение........... 25
2.4. Взаимодействие нейтронов с проюпамн....... 26
2.5. Рассеяние нейтронов на протонах......... 31
2.6. Влияние химической связи на сечение рассеяния нейтронов па протонах................ 3
2.7. Рассеяние нейтронов на протонах при высоких эпершнх ... 3
2.8. Взаимодействие нейтронов с нейтронами....... 3
2.9. Взаимодействие нейтронов с электронами...... 3
'2.10. Ядерные взаимодействия............ 3
5.11. Составное ядро.............. 4
2.12. Ядерные резонансы............. 4
2.13. Связанные и виртуальные уровни......... 4
2.14. Ширина уровня............. 4
2.15. Формула Брейта—Вигнера........... 4
2.16. Модель независимых частиц........... 44
2.17. Транспортное сечение ............ 5д
.2.1.8. Упругое рассеяние нейтронов .... ...... 5^
2.19. Неупругое рассеяние нейтронов.......... 62
2.20. Измерение сечений неупругого рассеяния ........ 65
2.21. Неупругие взаимодействия нейтронов........ 67
2.22. Ядерные реакции.............. 67
2.23. Уравнение ядерной реакции........... 69
2.24. Радиационный захват ............ 7|>
2.25. Сечение реакции (п, у) ........... 72
2.26. Энергия связи нейтрона............ 73
2.27. Реакция (п, 2п).............. 73
2.28. Сечение реакции (п, 2п)............ 74
2.29. Реакции (п, р), и (п, и) . ......... 76
2.30. Деление ............... 78
2.31. Асимметрия в делении............ 80'
Задачи................. 81
Литература .........,...... 82
Глава III. Источники
3.1. Радиоактивные источники........... 84
3.2. Полоний-бериллиевые (а, п}-источники........ 85
3.3. Радий-бериллиевые (а, п) -источники........ 89
3.4. Плутоний-бериллиевые (а, п)-источники....... 91
3.5. Америций-бериллиевые (а, п)-источники . . ..... gi
3.6. Радиоактивные .(Y, п)-источники.......... 92
3.7. Ускорители как источники нейтронов ........ 96
3.8. Нейтроны из реакций (а, п) и (а. 2п) па ускорителях • • • 96
3.9. Реакция (р, п) как источник нейтронов....... 98
3.10. Моноэнсргетические нейтроны.......... 101
3.11. Реакция Н3(р, я)Не3............. 105
3.12. Реакция (р, п) в мишенях с большим атомным номером . . . 1Q8
3.13. Нейтроны из реакции (р, п) при высоких энергиях..... 110
3.14. Реакция (d, п) как источник нейтронов........ Ill
3.15. Реакция H2(rf, л)Не3 как источник нейтронов...... 112
3.16. Реакция H3(d, я)Не* как источник нейтронов...... 114
3.17. Реакция срыва на дейтроне для получения нейтронов .... Цб
3.18. Получение нейтронов в реакции (\, п) на ускорителях .... 118
3.19. Ядерный реактор как источник нейтронов....... 121
3.20. Гетерогенные тепловые реакторы на естественном уране . . . 122
3.21. Гетерогенные реакторы на обогащенном U235...... 123
3.22. Гомогенные реакторы............. 125
3.23. Энергетическое распределение нейтронов в реакторе .... 125
3.24. Резонансные нейтроны............ 126
3.25. Кадмиевое отношение ............ 127
3.26. Тепловая колонна ............. 128
3.27. Тепловые нейтроны............. 130
Задачи................. 132
Литература ................ 133
Глава IV. Детектирование нейтронов
4.1. Принципы детектирования нейтронов........ 134
4.2. Детектирование медленных нейтронов. Метод активации фолы . 134
4.3. Детекторы тепловых нейтронов, подчиняющиеся закону 1/у . . 139
4.4. Измерение интенсивности пучков нейтронов методом активации
140 4.6. Ионизационные камеры и счетчики для детектирования медлен-
фолы
4.о Реакция Сцилларда — Чалмерса и активационный метод регистрации нейтронов -..........141
иых нейтронов.............. 142
4.7, Длинный счетчик.............. 146
4.8, Сцинтилляторы как детекторы медленных нейтронов .... J47
4.9, Камеры деления для детектирования тепловых нейтронов . . 151
4.10. Детекторы нейтронов в промежуточной области энергии . . .152
4.11. Детектирование быстрых нейтронов......... 153
4.12. Пропорциональные счетчики для детектирования быстрых нейтронов по протонам отдачи........... 159
4.13. Сцинтилляциейные детекторы быстрых нейтронов..... 161
4.14. Детектирование нейтронов сверхвысоких энергий ..... 163
4.15. Пороговые детекторы............. 167
4.16. Фотоэмульсии как детекторы нейтронов........ 169
4.17. Камера Вильсона как детектор нейтронов....... 174
Задачи................. 177
Литература ................ 177
Глава V. Спектрометры и монохроматоры
5.1. Ранние методы определения энергии нейтронов..... 179
5.2. Борные поглотители для определения энергии нейтронов , . . 179
5.3. Механические монохроматоры.......... 182
5.4. Прерыватели пучков медленных нейтронов....... 187
5.5. Прерыватель пучка быстрых нейтронов........ 189
5.6. Импульсные ускорители в спектроскопии нейтронов по времени пролета................ 192
5.7. Кристаллический монохроматор.......... 194
5.8. Спектрометры нейтронов на протонах отдачи...... 197
5.9. Спектрометры на протонах отдачи для высоких энергии . . . 207 5.10. Ядерные эмульсии в качестве спектрометра нейтронов . . 210
Задачи .............. , 211
Литература ................ 211
Глава VI. Взаимодействие нейтронов с веществом
6.1. Замедление нейтронов. Упругие соударения...... 214
6.2. Средняя логарифмическая потеря энергии....... 216
6.3. Плотность замедления............ 220
6.4. Пространственное распределение плотности замедления . . . 221
6.5. Диффузия нейтронов............. 226
6.6. Диффузия тепловых нейтронов от плоского источника . 227
6.7. Диффузия тепловых нейтронов от точечного источника . . . 2-Ю
6.8. Дифракция нейтронов............ 231
6.9. Когерентное рассеяние нейтронов ......... 237
6.10. Волновое уравнение для рассеяния нейтронов...... 237
6.11. Сечения-когерентного и диффузного рассеяний...... 238
6.12. Дифракция на порошках........... 244
6.13. Дифракция нейтронов в жидкостях......... 251
6.14. Дифракция нейтронов в магнитных веществах..... 253
6.15. Отражение нейтронов............ 258
6.16. Поляризация нейтронов............ 262
6.17. Поляризация нейтронов при отражении........ 264
Задачи ............ ..... 268
Лигератчра ................ 270
Глава VII. Калибровка и стандарты
7.1. Метод абсолютного измерения интенсивности источника с помощью раствора борной кислоты ........... 271
7.2. Калибровка источника методом физического интегрирования . . 283
7.3. Использование реактора для абсолютной калибровки нейтронных источников.....,.........285
7.4. Калибровка нейтронных источников по образованию гелия . . 289
7.5. Калибровка источников по счету (3— v-совпадений.....290
76. Абсолютное определение потока нейтронов.......293
7.7. Легко воспроизводимый стандарт плотности нейтроноч . . . 295
7.8. Абсолютные измерения потока быстрых нейтронов .... 296
7.9. Сравнение абсолютных ысюдов измерения потока быстрых нейтронов ........... ........ ЗС4
7 10 Сравнение иптенсивпостеи источников нейтронов . . . 307
7.11. Длинный счетчик.............. 308
7.12. Использование замедлителей для сравнения источников различных энергий................ 308
7 13 Калиброванный счетчик для измерения интенсивности источников
нейтронов . ............. 311
7.14, Стандартные источники............ 312
Задачи ................. 314
Литератора ................ 315
г Приложения Некоторые формулы нейтронной физики
Приложение I. Возрастное уравнение Ферми....... 316
Приложение И. Формула Брсйта — Вигнера для одного уровня . . 317 Приложение III. Коэффициент прелом тени я для нейтронов . . .319
Приложение IV. Радиоактивные превращения в методе активации фоль. 320
Приложение V. Энергия нейтронов из фотонсйтронного источника . 321
Приложение VI. Брэгговский закон отражения от кристалла . . 323
Приложение VII. Пютиость потока нейтронов . ..... 324
Приложение VIII. Таблицы............ 327
Литератора ................ 346
Цена: 150руб.
